pH响应性双亲性多肽水凝胶palRLRRLRARARA的合成及表征Word文档下载推荐.docx

pH响应性双亲性多肽水凝胶palRLRRLRARARA的合成及表征Word文档下载推荐.docx

《pH响应性双亲性多肽水凝胶palRLRRLRARARA的合成及表征Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《pH响应性双亲性多肽水凝胶palRLRRLRARARA的合成及表征Word文档下载推荐.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

KangYanjingZhouXiruiLuoShizhong

BeijingKeyLaboratoryofBioprocessCollegeofLifeScienceandTechnologyBeijing

UnivercityofChemicalTechnologyBeijing100029China

AbstractApal-RLRRLRARARAreferredtoasp-RRLpalisshortforfattyacidwhosemolecular

formulaisC16H32O2hasbeensynthesizedbymeansoftheFmocsolid-phasesynthesisbasedonthe

glycoproteinGPIbβC-terminaltransmembranesequenceTheself-assemblyofthispeptideandthe

effectofenvironmentonitwereexploredThedifferencesinmicroscopicarrangementunderdifferent

conditionsweredemonstratedwithCDandthemorphologyofpeptidehydrogelnanofiberwas

characterizedbyTEMandSEMTheresultsindicatethatpeptidep-RRLcanself-assembleinto

hydrogelwhichispH-sensitivepHsolventandtemperaturehavedifferenteffectsonthesecondary

structureofpeptidestherebyaffectingtheself-assemblyofthispeptidealthoughtheβ-sheetstructure

isbeneficialtogelationnotallthesecondarystructuresofpeptidewhichcanself-assembleinto

hydrogelareofβ-sheetstructure

Keywordspeptideself-assemblyhydrogelenvironment-sensitive

0引言

多肽自组装水凝胶是一类新型的生物材料[1]多肽在合适的浓度下自组装形成纳米纤

维缠绕成网状结构降低溶液流动性形成水凝胶具有如下优点1良好的生物相容性

多肽是人体的重要组成部分其自组装通过非共价作用进行不需要添加任何其他化学交联

剂可以很好的适应生物体无毒副作用2良好的溶胀性多肽水凝胶能够包裹大量水

分可以作为药物输送载体3良好的粘弹性可以作为细胞生长基质以及组织工程材料

4环境响应性多肽单体通过对环境的响应进行组装或拆分可以在理想的位置和时间进

行自组装刺激响应型多肽自组装为控制水凝胶的形成随环境而变化提供了有效的方法[2-3]

鉴于上述优点非共价自组装多肽已经被用于制备动态功能水凝胶纳米材料应用于再生医

基金项目国家自然科学基金20932003高等学校博士学科点专项科研基金新教师基金20090010120015

作者简介康艳晶1985-女硕士研究生主要研究方向多肽水凝胶

通信联系人罗施中教授主要研究方向多肽化学luoszcomcn

-1-

学伤口愈合药物输送以及生物传感器[4-10]

多肽分子在非共价键的作用下静电疏水氢键π-π共轭以及范德华作用由无

序的状态自发的形成有序的超分子结构通常通过物理或化学微扰引发多肽凝胶化产生超

分子水凝胶促进多肽自组装的因素包括各种化学的物理的方法例如温度离子强度

pH配体-受体作用增加化学实体酶催化和光诱导等[11-23]笔者主要研究环境对多肽自

组装的影响进而确定多肽自组装的响应形式有利于更好的设计多肽自组装水凝胶

1实验方法

11多肽合成及鉴定

采用Fmoc固相合成方法合成多肽多肽在树脂上合成后经TFA分析纯切除后用

冰乙醚分析纯沉淀真空干燥后得粗品采用反相高效液相色谱RP-HPLC进行分

析和纯化样品利用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱MALDI-TOF-MS鉴定样品

12多肽水凝胶的制备

配制5mgmL的多肽水溶液将装有多肽溶液的小瓶置于装有浓氨水的小烧杯中随着

氨水的挥发达到多肽成胶的pH值时多肽溶液形成支撑性水凝胶

13水凝胶形态表征

com透射电镜TEM

配置pH67的磷钨酸溶液20mgmL将多肽配制到适宜浓度制成凝胶镊子小

心夹取铜网将少量凝胶与铜网轻轻接触使铜网上占有少量薄层凝胶即可从边缘吸干水

分滴磷钨酸染色用透射电镜日立H-800观察水凝胶形态

com扫描电镜SEM

将多肽样品冷冻干燥确保完全除去水分用镊子取少量粉末用导电胶贴到载物台上

压实用洗耳球将未固定的粉末吹走对样品进行喷金然后扫描电镜Supra55观察

14多肽二级结构表征

多肽自组装的发生伴随着多肽二级结构变化本实验通过圆二色谱CD观察多肽二

级结构变化

采用J-810进行实验扫描波长范围从250190nm扫描速度50nmmin采样间隔02nm

皿宽度为01cm多肽质量浓度02mgmL二级结构采用CD自带的软件进行分析

2结果与讨论

21多肽纯化及鉴定

实验采用高效液相色谱进行多肽的分析与纯化图1为多肽p-RRL分子式与多肽的液

相色谱图图中显示合成的多肽纯度均较高质谱检验合成产物的分子量为16331多肽理

论分子量163309吻合说明合成的产物即为目标产物

-2-

图1

多肽分子的结构式和高效液相图谱

Fig1MolecularstructureandHPLCprofilesofpeptide

22多肽成胶性质

实验观察发现多肽p-RRL水溶液在碱性条件下可形成支撑性水凝胶在浓HCl蒸汽中

水凝胶溶解具体过程如图2多肽随着pH值的改变可以进行溶液状态和凝胶状态的互换

其自组装过程是pH-响应型的中性条件下精氨酸带正电荷在静电斥力作用下多肽在

水中以溶液状态存在碱条件下多肽的电荷被屏蔽斥力减小或消失多肽自组装过程发生

图2不同pH条件下双亲性多肽组装拆分过程

a氨水蒸汽中多肽成胶过程bHCl蒸汽中胶体溶解的过程

Fig2Self-assemblyanddis-assemblyprogressofamphiphilepeptideunderdifferentenvironments

apeptideself-assemblesintohydrogelunderAmmoniavaporbhydrogeldis-assemblesunderHClvapor

23多肽成胶形态表征

图3为多肽水凝胶的SEM和TEM图二者均可看出多肽p-RRL水凝胶由形成较为

疏松交联度较好的大孔纤维网状结构组成纤维直径3040nm

-3-

图3多肽水凝胶表观形态aTEM图bSEM图

Fig3MorphologyofpeptidehydrogelaTEMbSEM

24环境对多肽自组装的影响

双亲性多肽在溶液中通过氢键作用共价作用以及疏水作用进行自组装外部因素影响

对多肽自组装至关重要多肽自组装很大程度上是依赖于二级结构来构建基团的即α-螺

旋β-折叠等本节主要通过CD手段检测外界因素对双亲性多肽二级结构的影响研究发

现pH溶剂温度均对多肽二级结构有影响

compH对多肽自组装的影响

对于双亲性多肽来说pH是影响自组装的关键因素图4可以看出多肽最初溶解时

200nm有一负峰说明此处多肽的二级结构为无规卷曲当pH达到9以上时负峰红移至

202nm左右分析发现此时出现了β-折叠当pH接近10时β-折叠含量继续增加但二

级结构并未完全转化为β-折叠

图4pH对多肽自组装的影响

Fig4EffectofpHontheself-assemblyofpeptide

com溶剂对多肽自组装影响

实验发现溶剂对多肽自组装也会产生比较重要的影响208nm和222nm处的负峰为α-

螺旋的特征峰而198nm处的负峰为无规卷曲的特征峰图5表明醇溶剂有利于形成α-螺

旋水溶液有利于形成无规卷曲由于高浓度的醇会使多肽与溶剂间的氢键作用力减弱导

致多肽链内部氢键的相对增强从而有利于α-螺旋的形成不同的醇类中各二级结构的含

量有所不同这可能与醇连接的烷基链结构有关

-4-

图5不同溶剂条件下多肽二级结构

Fig5Differentsecondstructuresofpeptidebasedonthedifferentsolvents

com温度对多肽自组装影响

温度对自组装亦有影响从图6中可以看出随着温度的升高198nm处负峰的强度逐

渐减小特别是45℃之后峰的位置发生了红移这表明其二级结构的组成发生了变化通

过软件分析发现25以后开始出现β-折叠而且随着温度的升高β-折叠含量逐渐增加

β-转角和无规卷曲含量减少温度高于45以后β-折叠呈线性增长这可能是由于氢键

的解链温度4045当温度达到氢键的解链温度β-转角间的部分氢键断裂形成β-折叠

而且部分无规卷曲也转化为β-折叠6575间信号变化不大可能是由于脂肪链的解链温

度在60左右温度在6575之间能量慢慢积累克服脂肪链间的作用力脂肪链缓慢解

链7585之间又出现一个变化较大的现象说明脂肪链解链完成有更多的β-转角和无

规卷曲转化为β-折叠同时由于随着温度的升高β-折叠含量增加说明β-折叠的热稳定

性要强于β-转角和无规卷曲

图6温度对多肽自聚的影响

Fig6Effectoftemperatureontheself-assemblyofpeptide

3结语

笔者合成了具有pH响应性的双亲性多肽水凝胶pal-RLRRLRARARA研究发现pH

溶剂以及温度均会影响多肽的二级结构进而影响多肽自组装实验中发现pH是影响多肽

自组装的关键因素酸性条件下多肽精氨酸的胍基质子化产生静电斥力使多肽主要以

溶液状态存在碱性条件下精氨酸去质子化静电斥力降低主要由疏水作用和氢键作用形成

凝胶醇溶剂使多肽易于形成α-螺旋水溶液使多肽易于形成无规卷曲或β折叠温度适

当的降低有利于多肽形成水凝胶在水凝胶的设计和应用中应充分考虑到上述因素的影响

-5-

[参考文献]References

[1]GrootNSParellaTAvilesFXetalIle-phedipeptideself-assemblyCluestoamyloidformation[J]

BiophysJ20079251732-1741

[2]GazitESelf-assembledpeptidenanostructuresthedesignofmolecularbuildingblocksandtheirtechnological

utilization[J]ChemSocRev20073681263–1269

[3]陆毅刘景晶一种新型的生物材料自装配多肽水凝胶的研究和应用[J]药物生物技术2006136

464-467

LuYiLiuJingjingResearchandapplicationofanovelbiomaterialself-assemblingpeptidehydrogel[J]Pharm

Biotechnol2006136464-467inChinese

[4]ChenPSelf-assemblyofionic-complementarypeptidesaphysicochemicalviewpoint[J]ColloidSurfA

PhysicochemEngAspects20052611-33-24

[5]XuXDChenCSLuBetalCoassemblyofoppositelychargedshortpeptidesintowell-dened

supramolecularhydrogels[J]JPhysChemB201011472365-2372

[6]曲雯雯谭宏伟刘若庄等侧链间氢键的协同效应对环状多肽自组装的影响[J]高等学校化学学报

2007282307-311

QuWenwenTanHongweiLiuRuozhuangetalCooperativeeffectofhydrogenbondsbetweensidechainson

self-assemblyofDL-αcyclicpeptidenanotube[J]ChemJChinUniv2007282307-311inChinese

[7]杨玉金胡昱钟凯等多肽自组装纳米管的研究进展[J]合成化学2006145425-431

YangYujinHuYuZhongKaietalRecentdevelopmentofnanotubesviaself-assemblyofpeptides[J]ChinJ

SynthChem2006145425-431inChinese

[8]ZhangYYangZMYuanFetalMolecularrecognitionremoldstheself-assemblyofhydrogelatorsand

increasestheelasticityofthehydrogelby106-fold[J]JAmChemSoc20041264615028-15029

[9]ZhaoYYokoiHTanakaMetalSelf-assembledpH-responsivehydrogelscomposedoftheRATEA16

peptide[J]Biomacromolecules2008961511-1518

[10]YangZMLiangGLXuBEnzymatichydrogelationofsmallmolecules[J]AccChemRes2008412

315–326

[11]QiuYParkKEnvironment-sensitivehydrogelsfordrugdelivery[J]AdvDrugDeliverRev2001533

321–339

[12]YeZYZhangHYLuoHLTemperatureandpHeffectsonbiophysicalandmorphologicalpropertiesof

self-assemblingpeptideRADA16-I[J]JPeptSci2008142152–162

[13]RamachandranSTarabanMBTrewhellaJetalEffectoftemperatureduringassemblyonthestructureand

mechanicalpropertiesofpeptide-basedmaterials[J]Biomacromolecules20101161502–1506

[14]RughaniRVBrancoMCPochanDJetalDenovodesignofashear-thinrecoverablepeptide-based

hydrogelcapableofintrafibrillarphotopolymerization[J]Macromolecules201043197924–7930

[15]PochanDJSchneiderJPKretsingerJetalThermallyreversiblehydrogelsviaintramolecularfoldingand

consequentself-assemblyofadenovodesignedpeptide[J]JAmChemSoc20031253911802-11803

[16]OzbasBKretsingerJRajagopalKetalSalt-triggeredpeptidefoldingandconsequentself-assemblyinto

hydrogelswithtunablemodulus[J]Macromolecules200437197331-7337

[17]OzbasBRajagopalKHaines-ButterickLetalReversiblestiffeningtransitioninβ-hairpinhydrogels

inducedbyioncomplexation[J]JPhysChemB20071115013901-13908

[18]MeaseyTJStennerRSSaVetalAnomalousconformationalinstabilityandhydrogelformationofa

cationicclassofself-assemblingoligopeptides[J]Macromolecules201043187800–7806

[19]肖峰吴永超郑启新等含IKVAV多肽自组装成凝胶的实验研究[J]生物骨科材料与临床研究

2007429-1114

XiaoFengWuYongchaoZhengQixinetalIKVAV-containingpeptideself-assemblyintohydrogel[J]Orthop

BiomechMaterClinStud2007429-1114inChinese

[20]ToledanoSWilliamsRJJayawarnaVetalEnzyme-triggeredself-assemblyofpeptidehydrogelsvia

reversedhydrolysis[J]JAmChemSoc200612841070-1071

[21]SchneiderJPPochanDJOzbasBetalResponsivehydrogelsfromtheintramolecularfoldingand

self-assemblyofadesignedpeptide[J]JAmChemSoc20021245015030-15037

[22]AggeliABellMCarrickLMetalpHasatriggerofpeptideβ-sheetself-assemblyandreversibleswitching

betweennematicandisotropicphases[J]JAmChemSoc2003125329619-9628

[23]HainesLARajagopalKOzbasBetalLight-activatedhydrogelformationviathetriggeredfoldingand

self-assemblyofadesignedpeptide[J]JAmChemSoc20051274817025-17029

-6-